[发明专利]一种基于模态域子空间检测器加权的水下目标检测方法

说明书

本发明提供了一种基于模态域子空间检测器加权的水下目标检测方法，涉及阵列信号处理领域，对垂直线列阵的接收信号数据进行预处理并计算相关声场参数，利用模态矩阵的正交性构造各阶MSSD，并计算各阶模态系数的衰减指数，进而得到各阶MSSD的加权系数；并构造最终的加权重构模态空间检测器，根据虚警概率得到检测门限，并与检测门限进行比较，则表明目标存在，否则目标不存在。本发明采用模态衰减指数的倒数对各阶MSSD进行加权，以弱化检测性能较差的MSSD对最终检测器的影响，使得重构的检测器WMSD的检测性能得到提高，即在相同输入信噪比和虚警概率条件下，重构的检测器WMSD具有更大的检测概率。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，尤其是一种水下目标的检测方法。

背景技术

实现水下目标的被动检测是被动声呐系统的主要任务之一。传统的被动声呐检测方法大多是基于纯数据驱动(张晓勇,罗来源.被动声呐信号检测技术发展[J].声学技术,2014(6):559-563.)，假设海洋信道为理想信道，利用匹配滤波和波束形成等技术来提高处理增益，主要可分为基于时域信息的检测方法和基于空域信息的检测方法。

近年来随着减振降噪技术的发展和声呐作用的水声环境日趋复杂，人们逐渐发现传统的被动声呐检测技术不能达到较为理想的性能。究其原因，主要是上述技术大都假设了自由的空间环境，没有充分考虑水声传播环境的复杂性，造成实际应用中效果不佳。随着水声传播理论的发展，一些结合实际海洋环境的检测技术应运而生。该类技术运用声场传播规律根据波导环境参数建立物理模型，并将该模型引入到信号处理技术中，从而有效利用环境先验知识提高信号处理的性能，如匹配场处理(Matched Field Processing，MFP)技术和匹配模处理(Matched Mode Processing，MMP)技术(Yang T C.Effectiveness ofmode filtering:A comparison of matched-field and matched mode processing[J].Journal of the Acoustical Society of America,1990,87(5):2072-2084.)。MFP和MMP可用于位置已知的被动目标检测，对于位置未知的目标需要通过扫描得到最终的检测统计量，运算量较大。另外一种方法是根据波导环境信息和接收的声场数据先估计与目标声源位置有关的参数，再利用该参数构造检测统计量。李明杨等介绍并推导了该检测器(李明杨,孙超,邵炫.模态信息非完备采样对水下声源检测的影响及改进方法[J].物理学报,2014(20):207-220.)，并称之为广义似然比检测器。该方法在实现过程中主要是利用信号在模态空间上正交投影的能量，因此该检测器也可称为模态空间检测器(Mode SpaceDetector，MSD)。MSD实际上是一种匹配子空间检测器(Scharf L L,FriedlanderB.Matched subspace detectors[J].IEEE Transactions on Signal Processing,1994,42(8):2146-2157.)，对于位置未知的目标，规避了扫描从而降低了运算量。但与此同时，相较于MFD检测器，MSD的自由度增大了M-1倍(这里M为模态子空间的个数)，由于子空间类检测器的检测概率与自由度成反比(Kay S M.Fundamentals of statistical signalprocessing[M].Prentice Hall PTR,1993.)，从而MSD的检测性能相较于MFD检测器有较大幅度的下降，这种性能下降的幅度会随着M的增大而增大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对浅海远距离被动目标检测方法的不足，本发明提出一种基于模态域子空间检测器加权的水下目标检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

步骤1：对垂直线列阵(Vertical Linear Array，VLA)的接收信号数据进行预处理并计算相关声场参数：